第3節(jié)種群基因組成的變化與物種的形成（第一課時(shí)）

種群基因組成的變化與物種的形成教學(xué)設(shè)計(jì)課題種群基因組成的變化單元必修2學(xué)科生物年級(jí)高中教材分析本節(jié)為（人教版生物）《必修2遺傳與進(jìn)化》第6章第3節(jié)第一課時(shí)的內(nèi)容。本節(jié)內(nèi)容主要介紹了種群和種群基因庫、種群基因頻率的變化，自然選擇對(duì)種群基因頻率的變化的影響。某種生物種群數(shù)量基因庫頻率變化，也會(huì)直接或間接地影響到群落乃至物圈中其他生物種群的變化，與生產(chǎn)生活實(shí)際聯(lián)系緊密。因此，在教學(xué)過程中要注意進(jìn)行人文主義教育。學(xué)習(xí)目標(biāo)與核心素養(yǎng)一、知識(shí)目標(biāo)：1.舉例說明種群內(nèi)的某些可遺傳變異將賦予個(gè)體在特定環(huán)境中的生存和繁殖優(yōu)勢(shì)。2.闡明具有優(yōu)勢(shì)性狀的個(gè)體在種群中所占比例將會(huì)增加。3.說明自然選擇促進(jìn)生物更好地適應(yīng)特定的生存環(huán)境。二、能力目標(biāo)：能運(yùn)用統(tǒng)計(jì)與概率的相關(guān)知識(shí)，解釋并預(yù)測(cè)某一性狀的分布及變化。三、情感態(tài)度與價(jià)值觀理解自然選擇促進(jìn)生物更好地適應(yīng)特定的生存環(huán)境，關(guān)注不正確使用抗生素帶來的危害，關(guān)注人體健康。生命觀念：分析、認(rèn)同種群是生物進(jìn)化的基本單位?？茖W(xué)思維：運(yùn)用歸納與概括、批判性思維闡釋生物進(jìn)化的原因?？茖W(xué)探究：運(yùn)用統(tǒng)計(jì)與概率的相關(guān)知識(shí)，解釋并預(yù)測(cè)某一性狀的分布及變化。社會(huì)責(zé)任:引導(dǎo)人們關(guān)注不正確使用抗生素帶來的危害，關(guān)注人體健康。重點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：說明自然選擇促進(jìn)生物更好地適應(yīng)特定的生存環(huán)境。難點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)：說明自然選擇促進(jìn)生物更好地適應(yīng)特定的生存環(huán)境。教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖導(dǎo)入新課創(chuàng)設(shè)情境，激趣導(dǎo)入先有雞還是先有蛋？甲同學(xué)說：當(dāng)然是先有雞蛋了，因?yàn)橹挥猩臣?xì)胞產(chǎn)生的基因突變才能遺傳給后代，體細(xì)胞即使發(fā)生了基因突變，也不能影響后代的性狀。乙同學(xué)說：不對(duì)，人們?cè)陴B(yǎng)雞過程中，是根據(jù)雞的性狀來選擇的，只讓符合人類需求的雞繁殖后代，因此是先有雞后有蛋。討論：你同意哪位同學(xué)的觀點(diǎn)？你的答案和理由是什么？觀看圖片，結(jié)合討論材料，思考問題：先有雞還是先有蛋？討論：你同意哪位同學(xué)的觀點(diǎn)？你的答案和理由是什么？通過趣味問題，引導(dǎo)學(xué)生思考有關(guān)進(jìn)化的問題。趣味導(dǎo)入吸引學(xué)生注意力，增加學(xué)習(xí)生物進(jìn)化的興趣。新課講授種群基因組成的變化：自然選擇直接作用的是生物的個(gè)體，而且是個(gè)體的表型。但是，在自然界，沒有哪個(gè)個(gè)體是長(zhǎng)生不死的，個(gè)體的表型也會(huì)隨著個(gè)體的死亡而消失，決定表型的基因卻可以隨著生殖而世代延續(xù)，并且在群體中擴(kuò)散?？梢?，研究生物的進(jìn)化，僅研究個(gè)體和表型是不夠的，還必須研究群體基因組成的變化。一、種群和種群基因庫怎樣的一群生物個(gè)體可以稱為種群呢？生活在一定區(qū)域的同種生物全部個(gè)體的集合叫作種群（population）。例如，一片樹林中的全部獼猴是一個(gè)種群，一片草地上的所有蒲公英也是一個(gè)種群。種群中的個(gè)體并不是機(jī)械地集合在一起。一個(gè)種群其實(shí)就是個(gè)繁殖的單位，雌雄個(gè)體可以通過繁殖將各自的基因遺傳給后代。種群在繁衍過程中，個(gè)體有新老交替，基因卻代代相傳。例如，許多昆蟲的壽命都不足一年（如蝗蟲），所有的蝗蟲都會(huì)在秋風(fēng)中死去，其中有些個(gè)體成功地完成生殖，死前在土壤中埋下受精卵。來年春夏之交，部分受精卵成功地發(fā)育成蝗蟲。同前一年的蝗蟲種群相比，新形成的蝗蟲種群在基因組成上會(huì)有什么變化嗎？你不妨根據(jù)前面所學(xué)的遺傳、變異和自然選擇的知識(shí)，嘗試作出自己的推測(cè)。什么是基因庫？一個(gè)種群中全部個(gè)體所含有的全部基因，叫作這個(gè)種群的基因庫（genepool）。在一個(gè)種群基因庫中，某個(gè)基因占全部等位基因數(shù)的比值，叫作基因頻率。例如，在某昆蟲種群中，決定翅色為綠色的基因是A，決定翅色為褐色的基因是a，從這個(gè)種群中隨機(jī)抽取100個(gè)個(gè)體，測(cè)得基因型為AA、Aa和a的個(gè)體分別是30、60和10個(gè)，就這對(duì)等位基因來說，每個(gè)個(gè)體可以看作含有2個(gè)基因。那么，這100個(gè)個(gè)體共有200個(gè)基因。由此可知A基因的數(shù)量是2×30+60=120個(gè)；a基因的數(shù)量是2×10+60=80個(gè)；A基因的頻率為120÷200=60%；a基因的頻率為80÷200=40%。這一種群繁殖若干代以后，其基因頻率會(huì)不會(huì)發(fā)生變化呢？用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化假設(shè)上述昆蟲種群非常大，所有的雌雄個(gè)體間都能自由交配并產(chǎn)生后代，沒有遷入和遷出，不同翅色的個(gè)體生存和繁殖的機(jī)會(huì)是均等的，基因A和a都不產(chǎn)生突變，根據(jù)孟德爾的分離定律計(jì)算。拓展：哈代一溫伯格平衡定律遺傳平衡定律是由英國(guó)數(shù)學(xué)家哈代和德國(guó)醫(yī)生溫伯格分別于1908年和1909年獨(dú)立證明的，這一定律又稱哈迪溫伯格定律。他們指出，一個(gè)有性生殖的自然種群中，在符合以下五個(gè)條件的情況下，種群的基因頻率和基因型頻率可以世代相傳不發(fā)生變化，保持平衡。二、種群基因頻率的變化基因突變?cè)谧匀唤缡瞧毡榇嬖诘?。基因突變產(chǎn)生新的等位基因，這就可以使種群的基因頻率發(fā)生變化。達(dá)爾文曾明確指出，可遺傳的變異提供了生物進(jìn)化的原材料。現(xiàn)代遺傳學(xué)研究表明，可遺傳的變異來源于基因突變、基因重組和染色體變異。其中，基因突變和染色體變異統(tǒng)稱為突變（mutation）。生物自發(fā)突變的頻率很低，而且許多突變是有害的，那么，它為什么還能夠作為生物進(jìn)化的原材料呢？例如，果蠅1組染色體上約有×104個(gè)基因，假定每個(gè)基因的突變頻率都為10-5，對(duì)一個(gè)中等大小的果蠅種群（約有108個(gè)個(gè)體）來說，每一代出現(xiàn)的基因突變數(shù)將是：2××104×10-5×108=×107（個(gè)）基因突變產(chǎn)生的等位基因，通過有性生殖過程中的基因重組，可以形成多種多樣的基因型，從而使種群中出現(xiàn)多種多樣可遺傳的變異類型。此外，突變的有害和有利也不是絕對(duì)的，這往往取決于生物的生存環(huán)境。例如，有翅的昆蟲中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)殘翅和無翅的突變類型，這類昆蟲在正常情況下很難生存下去。但是在經(jīng)常刮大風(fēng)的海島上，這類昆蟲卻因?yàn)椴荒茱w行而避免了被海風(fēng)吹到海里淹死。三、自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響探究·實(shí)踐：探究自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響英國(guó)的曼徹斯特地區(qū)有一種樺尺蛾（其幼蟲叫樺尺蠖）。它們夜間活動(dòng)，白天棲息在樹干上。雜交實(shí)驗(yàn)表明，樺尺蛾的體色受對(duì)等位基因S和s控制，黑色（S）對(duì)淺色（s）是顯性的。在19世紀(jì)中葉以前，樺尺蛾幾乎都是淺色型的，該種群中S基因的頻率很低，在5%以下。到了20世紀(jì)中葉，黑色型的樺尺蛾卻成了常見的類型，S基因的頻率上升到95%以上。探究·實(shí)踐：19世紀(jì)時(shí)，曼徹斯特地區(qū)的樹干上長(zhǎng)滿了淺色的地衣。后來，隨著工業(yè)的發(fā)展，工廠排出的煤煙使地衣不能生存，結(jié)果樹皮裸露并被熏成黑褐色。提出問題樺尺蛾種群中s基因（決定淺色性狀）的頻率為什么越來越低呢？作出假設(shè)根據(jù)前面所學(xué)的知識(shí)作出假設(shè)：______________________________________。分析生物進(jìn)化觀點(diǎn)對(duì)人們思想觀念的影響：討論探究思路創(chuàng)設(shè)情境示例（其中數(shù)字是假設(shè)的）：1870年，樺尺蛾種群的基因型頻率為SS10%，Ss20%，ss70%，S基因的頻率為20%。在樹干變黑這一環(huán)境條件下，假如樹干變黑不利于淺色樺尺蛾的生存，使得種群中淺色個(gè)體每年減少10%，黑色個(gè)體每年增加10%。第2~10年間，該種群每年的基因型頻率各是多少？每年的基因頻率是多少？制訂并實(shí)施研究方案1.創(chuàng)設(shè)數(shù)字化的問題情境。2.計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果填入表中（如下表所示）。3.根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對(duì)環(huán)境的選擇作用的大小進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，比如，把淺色個(gè)體每年減少的數(shù)量百分比定高些，重新計(jì)算種群基因型頻率和基因頻率的變化，與步驟2中所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。分析結(jié)果，得出結(jié)論分析計(jì)算結(jié)果是否支持你作出的假設(shè)，得出結(jié)論。討論1.樹干變黑會(huì)影響樺尺蛾種群中淺色個(gè)體的出生率嗎？為什么？2.在自然選擇過程中，直接受選擇的是基因型還是表型？為什么？在自然選擇的作用下，具有有利變異的個(gè)體有更多的機(jī)會(huì)產(chǎn)生后代，種群中相應(yīng)基因的頻率會(huì)不斷提高；相反，具有不利變異的個(gè)體留下后代的機(jī)會(huì)少，種群中相應(yīng)基因的頻率會(huì)下降。因此，在自然選擇的作用下，種群的基因頻率會(huì)發(fā)生定向改變，導(dǎo)致生物朝著一定的方向不斷進(jìn)化。拓展：如果將一個(gè)瀕臨滅絕的生物種群釋放到一個(gè)新的環(huán)境中，那里有充足的食物，沒有天敵這個(gè)種群將發(fā)生怎樣的變化？請(qǐng)根據(jù)所學(xué)知識(shí)作出預(yù)測(cè)。這個(gè)種群開始時(shí)大量繁殖，但由于沒有天敵會(huì)造成種群退化．正常的自然選擇，起選擇作用的是特定的環(huán)境條件，人類也會(huì)干擾自然界正常的自然選擇。學(xué)生了解種群基因組成的變化，奠定學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。學(xué)生閱讀教材并回答問題。學(xué)生自學(xué)了解種群中的基因通過繁殖遺傳給后代。并思考：新形成的種群在基因組成上會(huì)有什么變化嗎？學(xué)生看書，了解基因庫和基因頻率的定義，并找出其關(guān)鍵詞。學(xué)生初步理解基因庫和基因頻率的概念。學(xué)生計(jì)算，得出計(jì)算基因頻率的方法。人類基因庫與人類生活生存有重要關(guān)系。選取這個(gè)實(shí)例能大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生自學(xué)，并總結(jié)出可遺傳的變異的來源。學(xué)生討論，并總結(jié)出：基因頻率在親子代間是穩(wěn)定不變的，基因型頻率到子二代也會(huì)穩(wěn)定下來。以方便學(xué)生討論為原則，將教學(xué)班分成若干個(gè)小組。學(xué)生自學(xué)探究自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響。學(xué)生閱讀樺尺蠖種群變化的資料，依據(jù)這些事實(shí)明確提出問題。作出假設(shè)。針對(duì)事實(shí)和問題，依據(jù)學(xué)生已有的知識(shí)背景提出假設(shè)。根據(jù)實(shí)際情況制定探究方案。學(xué)生理解，在黑色背景下，淺色樺尺蠖被天敵發(fā)現(xiàn)和捕食的幾率大于黑色的樺尺蠖，但不影響樺尺蠖的生存和繁殖，直接受選擇的是表現(xiàn)型。學(xué)生了解拓展內(nèi)容，升華情感態(tài)度。使學(xué)生初步了解種群是進(jìn)化的基本單位。體現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的態(tài)度。通過學(xué)生自學(xué)，理解種群是研究進(jìn)化的最小單位。初步了解到進(jìn)化的本質(zhì)：了解到研究生物的進(jìn)化，僅僅研究個(gè)體的表現(xiàn)型是否與環(huán)相適應(yīng)是不夠的，還需要研究群體的基因組成及其變化。同時(shí)借此引出基因庫和基因頻率的內(nèi)容。用一個(gè)具體的“基因庫加深學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，符合學(xué)生認(rèn)識(shí)規(guī)律，讓基因庫在生心目中抽象變成具體變成現(xiàn)實(shí)。其分析研究再加深學(xué)生對(duì)基因庫的理解。指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)用數(shù)學(xué)中的分析法去探討某些問題。從感性到理性，遵從學(xué)生認(rèn)識(shí)規(guī)律，加深學(xué)生對(duì)進(jìn)化的理解。通過探究總結(jié)，使學(xué)生能夠領(lǐng)會(huì)到自然界的種群發(fā)生變化是必然的。最終讓學(xué)生理解基因突變和自然選擇時(shí)刻影響著基因頻率，影響著生物進(jìn)化。通過實(shí)踐探究，充分發(fā)揮以學(xué)生為主體的教學(xué)模式，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的探究能力、實(shí)踐能力與小組協(xié)作能力。通過樺尺蠖種群變化的資料，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，鍛煉作出假設(shè)、指定實(shí)施計(jì)劃、記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果、分析結(jié)果、得出結(jié)論的實(shí)驗(yàn)過程。通過實(shí)驗(yàn)探究幫助學(xué)生理解在自然選擇的作用下，可以使基因頻率發(fā)生定向改變，決定生物進(jìn)化的方向。通過拓展資料，幫助學(xué)生感受人類與自然選擇之間的關(guān)系。課堂練習(xí)小刀：1.某自花傳粉植物種群中，親代基因型是AA和aa的個(gè)體各占30%和20%，則親代A的基因頻率是（D）A．25%B．30%C．50%D．55%2.2.某血友病高發(fā)群體有男女各1000人，經(jīng)調(diào)査，女性血友病基因的攜帶者15人，患者5人，男性患者11人，那么這個(gè)群體中血友病基因的頻率為（A）

A．%

B．%

C．%

D．%

3.下列過程不會(huì)導(dǎo)致生物進(jìn)化的是（D）

A．在正常翅果蠅群體中，出現(xiàn)